造礁珊瑚是珊瑚礁海山的最主要建造者，是寡营养海洋环境中多样性生物的重要组成部分。进入人类世以来，全球珊瑚礁都处于急剧退化之中，导致退化的最主要原因是全球气候变暖、海水温度升高。幸运的是，生态调查发现,在全球气候持续变暖导致珊瑚白化频率加剧的背景下，仍有部分珊瑚显示出了非常高的热适应性，这暗示了造礁珊瑚可能具有适应全球变暖的潜力，为珊瑚礁的未来增添了希望。然而，目前关于造礁珊瑚对全球变暖的适应机制并未阐明。

我实验室深海生命与生态过程创新团队采用多组学结合的研究手段，以南海优势珊瑚种类霜鹿角珊瑚、十字牡丹珊瑚和鹿角杯形珊瑚为研究对象，从珊瑚全生物体角度分析了热适应过程中珊瑚宿主、虫黄藻和共生细菌的差异，探究了调控造礁珊瑚热适应的过程和潜在分子机制。研究发现：（1）热驯化显著提高了霜鹿角珊瑚的热耐受性；（2）热驯化过程伴随着霜鹿角珊瑚共生虫黄藻密度的改变，但虫黄藻系群维持稳定；（3）热驯化导致霜鹿角珊瑚共生细菌群落结构发生重组，并且显著提高了共生细菌的多样性；（4）热驯化导致霜鹿角珊瑚与机体代谢途径有关基因表达下调，尤其是氮代谢相关的途径，表明热驯化导致珊瑚宿主代谢水平降低；（5）通过对lncRNA靶向mRNA进行KEGG富集分析，发现生长于波动环境的鹿角杯形珊瑚较高的热适应性可能与其较低的代谢率相关。此外，本研究采用第三代全长转录组测序鉴定了鹿角杯形珊瑚1414个新基因，优化了6256个错误注释的基因，证实了复杂的AS(Alternative splicing)和APA(Alternative polyadenylation)事件。

基于上述结果，本研究认为造礁珊瑚热适应性的提高是珊瑚共生体共同参与的复杂生物学过程，其中热驯化可能通过减缓宿主代谢、改变优势细菌种群和增加共生细菌多样性等增强造礁珊瑚的热适应性。研究结论为了解珊瑚全生物体响应热胁迫和应对全球变暖提供了新的视角。

研究成果分别在环境科学与生态学领域专业期刊Science of The Total Environment（中科院一区top，IF=6.551）、Environmental Research（中科院二区top，IF=5.715）和Marine Pollution Bulletin（中科院三区top，IF=4.049）上发表。创新团队首席科学家余克服教授为文章的通讯作者，其博士研究生俞小鹏为文章的第一作者。

图1. 热驯化提高霜鹿角珊瑚热适应性的潜在分子机制

图2. 波动礁区环境提高鹿角杯形珊瑚热适应性的潜在分子机制

原文链接：

Yu Xiaopeng, Yu Kefu, Huang Wen, Liang Jiayuan, Qin Zhenjun, Chen Biao, Yao Qiucui, Liao Zhiheng. (2020). Thermal acclimation increases heat tolerance of the scleractinian coral Acropora pruinose. Science of the Total Environment, 733: 139319, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139319

Yu Xiaopeng, Yu Kefu, Chen Biao, Liao Zhiheng, Qin Zhenjun, Yao Qiucui, Huang Yanhua, Liang Jiayuan, Huang Wen. (2021). Nanopore long-read RNAseq reveals regulatory mechanisms of thermally variable reef environments promoting heat tolerance of scleractinian coral Pocillopora damicornis. Environmental Research, 195: 110782. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110782.

Yu Xiaopeng, Yu Kefu, Liao Zhiheng, Liang Jiayuan, Deng Chuanqi, Huang Wen, Huang Yanhua. (2020). Potential molecular traits underlying environmental tolerance of Pavona decussata and Acropora pruinosa in Weizhou Island, northern South China Sea. Marine Pollution Bulletin, 156: 111199, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111199